Aerodyn Grenzbereich 1 Stall

Aerodynamischer Grenzbereich: Stall
AUFTRIEBSKRAFT-Vergleich:
Ebene Platte
Profil-Platte
Die Profil-Platte...
erreicht die max. Auftriebskraft
bereits bei 14° (nicht erst bei 45°)
das Auftriebs-Maximum ist deutlich
grösser als bei der ebenen Platte
CA – α Diagramm
αkrit
Der Auftriebs-Anstieg ist deutlich
steiler als bei der ebenen Platte
Nach Überschreiten von αkrit fällt
Auftriebsverlauf der Profil-Platte
auf ebenen Platte zusammen
Ch. Decking, Januar 2010
Aerodynamischer Grenzbereich: Stall
Auftriebs – Formel
Was beeinflusst
die Auftriebskraft
eines Flügels?
Fluggeschwindigkeit
Flügelfläche
Anstellwinkel
Luftdichte
Auftriebskraft
1
FA = ⋅ ρ ⋅V 2 ⋅ C A ⋅ A
2
Luftdichte
Flug-Geschwindigkeit
Flügelfläche
Auftriebskoeffizient
(Anstellwinkel)
Ch. Decking, Januar 2010
Aerodynamischer Grenzbereich: Stall
Auftriebs – Formel
FA =
Im Geradeausflug ohne Änderung
der Flaps-Stellung kann AuftriebsFormel reduziert werden
1
⋅ ρ ⋅ V 2 ⋅ C A ⋅ AR
2
FA ≅ V 2 ⋅ C A
FA ≅ Geschw .2 ⋅ Auftriebsk oeff ( Anstellwin kel )
Der Auftrieb ändert sich quadratisch zur Fluggeschwindigkeit
Der Auftrieb ändert sich proportional zum Auftriebs-Koeffizient CA
Anstellwinkel
Ch. Decking, Januar 2010
Aerodynamischer Grenzbereich: Stall
Darstellung des Auftriebs-Koeffizient in Abhängigkeit von Anstellwinkel α
CA – α – Diagramm
Auftriebskoeffizient
CA
1 Asymmetrische Profile
erzeugen auch bei
Anstellwinkel 0° bereits
Auftriebskraft
?
CA – α – Kurve geht nicht
durch Null-Null-Punkt
Anstellwinkel
α
Ch. Decking, Januar 2010
Aerodynamischer Grenzbereich: Stall
Darstellung des Auftriebs-Koeffizient in Abhängigkeit von Anstellwinkel α
CA – α – Diagramm
Auftriebskoeffizient
CA
2 Strömung liegt am Profil an,
keine Strömungsablösung
?
Anstellwinkel
α
CA – α – Kurve linear
Proportionale Zunahme des
Auftriebskoeffizienten bei
zunehmendem Anstellwinkel
Ch. Decking, Januar 2010
Aerodynamischer Grenzbereich: Stall
Darstellung des Auftriebs-Koeffizient in Abhängigkeit von Anstellwinkel α
CA – α – Diagramm
Auftriebskoeffizient
CA
3 Strömung folgt nicht mehr
der Profil-Kontur,
Strömungsablösung setzt ein
?
Anstellwinkel
α
CA-α-Kurve wird flacher:
Bei Strömungsablösung
verringert sich der CA-Wert
Ch. Decking, Januar 2010
Aerodynamischer Grenzbereich: Stall
4 Strömungsablösung ist weit
fortgeschritten,
Auftrieb bricht zusammen
CAmax
Auftriebskoeffizient
CA
Darstellung des Auftriebs-Koeffizient in Abhängigkeit von Anstellwinkel α
CA – α – Diagramm
?
αkrit
α
Anstellwinkel (Stall) ist
Strömungsablösung
einzig und alleine abhängig von
Anstellwinkel-Überschreitung αkrit
CA-α-Kurve am Maximum:
CAmax und αkrit sind
Geschwindigkeit-unabhängig
Ch. Decking, Januar 2010
Aerodynamischer Grenzbereich: Stall
Darstellung des Auftriebs-Koeffizient in Abhängigkeit von Anstellwinkel α
CA – α – Diagramm
CA
5 Strömung auf Profiloberseite
nahezu vollständig abgelöst
Auftriebskoeffizient
?
Jede weitere Erhöhung des
Anstellwinkels α reduziert
den Auftriebs-Koeffizient CA
Steuerbarkeits- und
Stabilitäts-Probleme
treten auf
Anstellwinkel
α
Ch. Decking, Januar 2010
Aerodynamischer Grenzbereich: Stall
Zusammenhang:
Anstellwinkel α
Fluggeschwindigkeit
Auftriebskoeffizient
CA
CAmax = 1.5
FA ≅ V 2 ⋅ CA
Anstellwinkel
α
αkrit
= 13°
Ch. Decking, Januar 2010
Aerodynamischer Grenzbereich: Stall
Mindest-Geschwindigkeit Vstall
Vstall = Mindestgeschwindigkeit des Flzg
d.h.
CAmax
Maximaler Auftriebs-Koeff. CA
Auftriebskraft = Gewichtskraft
Horizontaler Geradeausflug
Keine Querlage / Keine Kurve
αkrit
Vstall ist im AFM nur für Horizontalflug definiert (ev. Korrekturwerte)
Beim Überschreiten des max. Anstellwinkels (αkrit) tritt unabhängig
von der Fluglage und unabhängig von Geschwindigkeit der Stall ein
Ch. Decking, Januar 2010
Aerodynamischer Grenzbereich: Stall
Einflussfaktoren auf MindestGeschwindigkeit Vstall
CAmax
Relevante Auftriebs-Formel
FA ≅ V 2 ⋅ C A
αkrit
Aus Polare weiss man: Stall tritt immer beim gleichen Anstellwinkel auf
Die im Kurvenflug benötigte höhere Auftriebskraft kann also nur noch
durch Geschwindigkeits-Erhöhung erzeugt werden!
Fazit: Fliegt man im Horizontalflug knapp über Vstall, so wird beim
Einleiten einer Kurve Stall eintreten, dh. die im Kurvenflug ansteigende
VStall wird unterschritten!
Häufiger fataler Fehler beim Fliegen im Gebirge!
Ch. Decking, Januar 2010
Aerodynamischer Grenzbereich: Stall
Einflussfaktoren auf MindestGeschwindigkeit Vstall
Lastvielfaches (load factor):
CAmax
n=
FAUFTRIEB
FGEWICHT
Grosses Lastvielfaches erhöht angezeigte Vstall
Kleines Lastvielfaches verringert angezeigte
Vstall
αkrit
Lastvielfaches ist stark abhängig von:
Kurvenflug
Abfangen aus Stechflug
Böe
Grobe Steuerführung
Turbulenzen / Böen
...bei Langsamflug und Schnellflug gefährlich!
Ch. Decking, Januar 2010
Aerodynamischer Grenzbereich: Stall
Überziehwarnung (stall warning)
Anzeichen des bevorstehenden Stalls:
Extreme Nose-Up Fluglage
Weiche Steuer
Stall-Warning (elektrisch, pneumatisch, ...)
Buffeting (Schütteln des Flugzeuges)
Bei Nicht-Beachtung all
dieser Signale durch
den Piloten darf das
Flugzeug stallen!
Starker Nose-Down Drang des Flugeuges
Ch. Decking, Januar 2010
Aerodynamischer Grenzbereich: Stall
Einleiten und Beenden des Stalls
Power-Off Stall
Secondary Power-Off Stall
Ch. Decking, Januar 2010
Aerodynamischer Grenzbereich: Stall
Einleiten und Beenden des Stalls
Power-On Stall
Full Power schützt nicht vor Stall
Der Lagewechsel, nicht die Erhöhung der Triebwerksleistung ist der
entscheidende Punkt beim Widerherstellen der Normalfluglage!
Ch. Decking, Januar 2010